CHƯƠNG 1. Tổng quan tình hình cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam Trước tình hình đô thị hóa ngày càng nhanh chóng ở Việt Nam vì việc đưa nước sạch đến từng hộ gia đình đang là vấn đề cấp thiết. Chương trình cung cấp nước sạch được đưa vào chương trình mục tiêu quốc gia của chính phủ [1], yêu cầu các địa phương phải có kế hoạch hành động cụ thể và thực thi nghiêm túc để đảm bảo cung cấp đủ nước sạch cho người dân. Tình hình cung cấp nước sạch cho cuộc sống sinh hoạt của người dân cũng như cho các hoạt động sản xuất kinh doanh tại Việt Nam trong những năm gần đây đã có những bước tiến triển mạnh mẽ, về cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu của đại bộ phận xã hội.
Tuy nhiên, để có thể đáp ứng được nhu cầu nước sạch cho toàn xã hội, đồng thời đảm bảo quá trình tái tạo nguồn nước ngày càng khan hiếm trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa hiện nay đòi hỏi sự chung tay vào cuộc của các cấp, các ngành có liên quan và của toàn thể xã hội. Theo TCXDVN 33:2006 của Bộ Xây Dựng thì tiêu chuẫn dùng nước theo đầu người đươc quy định như sau: Bảng 1. Tiêu chuẫn cấp nước theo đầu người theo TCXDVN 33:2006 Tiêu chuẩn cấp nước tính theo đầu người Đối tượng dùng nước (ngày trung bình trong năm) 1/người.ngày Thành phố lớn, thành phố du lịch, 200-250 nghỉ mát, khu công nghiệp lớn. Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu 150-200 công nghiệp nhỏ Thị trấn, trung tâm công - nông 80-120 nghiệp, công - ngư nghiệp.
Nông thôn 25 - 50 1 Luan van Tuy nhiên việc đảm bảo nước sinh hoạt cho người dân, đặc biệt là khu vực đồng bằng Sông Cửu Long gặp nhiều khó khăn khi hằng năm đều bị hạn mặn dẫn đến thiếu nguồn nước sạch để cung cấp. Tình hình xâm nhập mặn ở các tỉnh ven biển miền Tây từ cuối năm 2019 đến nay diễn ra khốc liệt và sớm hơn so với những năm khác nên người dân đang bị thiếu nước sinh hoạt trầm trọng, phải đi mua nước từ xa rất khó khăn. Đó cũng chính là lý do chúng tôi chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000 l/h”. Tổng quan về ngành xử lý nước ở Việt Nam Nguồn nước trước xử lý để tạo ra nguồn nước sạch cấp cho sinh hoạt, sản xuất thường là nước mặt (ao, hồ, sông, suối.) và nước ngầm (nước dưới đất).
Bảng thống kê dưới đây sẽ cho thấy các đặc điểm thường thấy của các thông số của nguồn nước ngầm, nước mặt trước xử lý: Bảng 1. So sánh các nguồn nước và QCVN 02:2009/BYT Nước ngầm là nguồn nước có nhiều điểm thuận lợi cho việc cung cấp nước sinh hoạt khi có độ đục thấp, nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi. Trong nước ngầm không chứa rong, tảo là các yếu tố dễ gây ô nhiễm nguồn nước nhưng chúng lại chứa các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hóa, sinh hóa. Nhưng 2 Luan van nhìn chung nước ngầm có các điều kiện thuận lợi cho vấn đề cấp nước nhưng đay lại là nguồn nước không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo hạn chế nên nguồn nước này không được khuyến khích khai thác với trữ lượng lớn.
Hiện này nguồn nước mặt là tài nguyên chính để khai thác phục vụ nước cấp sinh hoạt. Phần lớn các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cho các đối tượng dùng nước. Chính vì vậy, trước khi đưa nước vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng. Nhìn chung, quá trình xử lý nước cấp chủ yếu sử dụng các biện pháp sau: - Biện pháp cơ học: gồm các công trình như hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc… - Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, sử dụng chất oxy hóa mạnh, sử dụng clo để khử trùng… - Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước biển để khử muối, khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng.
Trong thực tế, để đạt được mục đích xử lý một nguồn nước nào đó một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bằng sự kết hợp của nhiều phương pháp. Sự kết hợp các biện pháp xử lý với nhau phải theo một quy trình, một công nghệ thích hợp với các công đoạn xử lý. Mỗi công đoạn được thực hiện bằng các công trình đơn vị khác nhau với các chức năng và cấu tạo khác nhau. Phương pháp được sử dụng phổ biến trong quá trình xử lý nước cấp hiện nay là lọc lắng.
Nước cấp được bơm tuần tự qua các bể lọc và lắng để xử lý các chất bặn bã trong nước. Lắng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước. Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc. Nhờ diện tích tiết diện bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh.
Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của nước bao quanh nó sẽ tự lắng xuống. Quá trình lọc nước sau đó được sử dụng để tách các hạt lơ lửng nhỏ và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lắng ra khỏi nước. Nước được cho đi qua 3 Luan van lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi sinh vật trong nước. Sơ đồ xử lý nước Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức Phương pháp lọc lắng có một vài hạn chế như chưa phù hợp để xử lý nước bị nhiễm mặn và nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng như chì, thủy ngân, cadimi, crom, mangan…Bên cạnh đó, để xây dựng một hệ thống xử lý nước như trên tốn rất nhiều chi phí, thời gian, diện tích trong quá trình xây dựng cũng như vận hành.
Một phương pháp mới ngày càng được áp dụng rộng rãi chính là công nghệ lọc màng. Công nghệ màng là một thuật ngữ chung cho một số quy trình phân tách rất đặc trưng khác nhau. Bộ lọc màng hoạt động như một rào cản để tách các chất gây ô nhiễm khỏi nước hoặc chúng loại bỏ các hạt gây ô nhiễm nước. Thẩm thấu ngược, siêu lọc và lọc nano đều sử dụng màng trong các quá trình lọc khác nhau của chúng.
Các quá trình này là cùng loại, bởi vì trong mỗi chúng, một màng được sử dụng. Màng được sử dụng ngày càng thường xuyên hơn để tạo ra nước xử lý từ nước ngầm, nước mặt hoặc nước thải. Lực lượng chính của công nghệ màng là thực tế là nó hoạt động mà không cần thêm hóa chất, với việc sử dụng năng lượng tương đối thấp và tiến hành quy trình dễ dàng và được sắp xếp tốt. Mục đích chọn đề tài Hiện nay, mặc dù chương trình cung cấp nước sạch đã được thực hiện mạnh mẽ nhưng vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch sinh hoạt của người dân, đặt biệt là ở khu vực nông thôn, vùng ven biển và hải đảo.
Chúng tôi chọn đề tài với mong muốn đem nước sạch đến cho tất cả mọi người. Hệ thống được thiết kế sử dụng công nghệ màng siêu lọc và thẩm thấu ngược với nhiều ưu điểm như: - Lọc gần như hoàn toàn muối, các kim loại nặng trong nước. - Nước sau khi xử lý qua hệ thống đảm bảo QCVN 01:2009/BYT về nước uống. - Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt.
- Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. - Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước. - Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý. - Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion trong quy trình xử lý nước Do công nghệ màng lọc mang lại nhiều hiệu quả nhưng vẫn còn khá mới mẻ và chủ yếu chỉ mới được áp dụng trong các máy lọc nước nhỏ gia đình ở Việt Nam, chưa ứng dụng nhiều cho các hệ thống lớn, đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt cho các khu dân cư.
Với mong muốn ứng dụng những công nghệ tiến tiến trên thế giới vào đề tài này nên tôi chọn đề tài này: - Tìm hiểu và mô hình hóa hệ thống xử lý nước - Kết cấu cơ khí - Giải thuật điều khiển hệ thống. Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu các hệ thống xử lý nước với công nghệ lọc màng để thiết kế mô hình 3D. - Sử dụng kiến thức về thiết kế hệ thống bằng phần mềm Inventor và AutoCad 5 Luan van - Tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức để dung phần mềm GX Designer để lập trình điều khiển hệ thống bằng PLC Mistubishi FX2N - Sử dụng phần mềm VT Designer để lập trình HMI. Giới hạn của đề tài Do ý tưởng thiết kế và thực hiện đề tài còn khá mới mẻ và thời gian thực đề tài tương đối ngắn cùng với việc thi công thiết kế hệ thống xử lý nước cấp, cũng như trình độ chuyên môn của nhóm thực hiện đề tài còn nhiều hạn chế và nhiều yếu tố khác quan khác.
Chúng tôi đã cố gắng hoàn thành bài thuyết minh cũng như mô hình này, nhưng chỉ giải quyết được một số vấn đề chính đặt ra. - Thiết kế kết cấu cơ khí. + Bản vẽ chi tiết 2D của hệ thống xử lý nước cấp. + Mô hình 3D của hệ thống xử lý nước cấp.
- Thiết kế kết nối mạch điều khiển. + Sơ đồ mạch điện điều khiển, vận hành hệ thống. - Viết chương trình điều khiển hệ thống chạy với 2 chế độ: + Chế độ điều khiển bằng tay: Manual + Chế độ điều khiển tự động: Automatics 1. Các ứng dụng của đề tài - Ứng dụng xử lý nước cho các vùng bị nhiễm mặn.
- Ứng dụng xử lý nước cho các vùng hải đảo. - Ứng dụng xử lý nước cho các vùng miền núi.